Chương 5: Chương trình mô phỏng - 55 - này ở mô hình cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang được trình bày trong chương 4. Hình 5.1 chỉ trình bày mô hình hệ thống truyền dẫn OFDM thích nghi dùng cơ chế chọn lọc sóng mang. Mô hình hệ thống truyền dẫn OFDM thích nghi dùng cơ chế chuyển mức điều chế sẽ thay vai trò của khối điều khiển chèn và giải chèn sóng mang con bằng khối điều khiển chuyển mức điều chế và sẽ không còn khối BER ngưỡng. Khối quyết định sẽ so sánh giá trị BER hiện thời của hệ thống nhận từ bộ tính BER với giá trị BER ngưỡng chuyển mức, và sẽ quyết định mức điều chế hợp lý ứng với giá trị BER hiện thời này. Thông tin từ khối quyết định sẽ đưa đến khối điều khiển chuyển mức điều chế, khối này sẽ thực hiện công việc chuyển mức. Chương 5: Chương trình mô phỏng - 56 - Hình 5.1 Mô hình mô phỏng hệ thống OFDM theo cơ chế chọn lọc sóng mang Chương 5: Chương trình mô phỏng - 57 - 5.3 Thiết lập các thông số mô hình mô phỏng  Thiết lập tính tương thích các thông số cho tín hiệu OFDM Trong phần trên ta đã nghiên cứu về cấu trúc một tín hiệu OFDM, tuy nhiên để mô phỏng một tín hiệu OFDM sẽ phức tạp hơn rất nhiều. Hai nhiệm vụ chính cần thực hiện trong quá trình mô phỏng một tín hiệu OFDM là:  Tương thích giữa tốc độ dữ liệu người dùng và số lượng sóng mang con sử dụng để truyền dữ liệu.  Tương thích giữa số lượng sóng mang con sử dụng truyền dữ liệu và kích thước FFT. Ngoài ra, các công việc khác như: chuyển tín hiệu từ miền tần số sang miền thời gian, chèn khoảng bảo vệ. Để hiểu rõ quá trình mô phỏng tín hiệu OFDM, xét một ví dụ mô phỏng một tín hiệu OFDM cụ thể với thời gian mô phỏng 1 giây. Giả sử các tham số hệ thống được mô tả trong bảng dưới đây. Chương 5: Chương trình mô phỏng - 58 - Vì tốc độ dữ liệu là 12 Mbps, nên trong khoảng thời gian 1 giây mô phỏng sẽ có bit1012 6  truyền. Nhưng do phương pháp điều chế sóng mang con là 16-QAM, do đó số lượng ký hiệu 16-QAM sẽ là: 6 6 103 4 1012   ký hiệu. Quá trình tương thích giữa tốc độ dữ liệu người dùng và số lượng sóng mang con Mỗi sóng mang con trong một ký hiệu OFDM sẽ mang một ký hiệu dữ liệu. Khi số lượng ký hiệu không bằng bội số nguyên lần số lượng sóng mang con, để đảm bảo mỗi sóng mang con đều có dữ liệu truyền ta phải tiến hành chèn thêm các ký hiệu ‘0’. Mà mỗi ký hiệu OFDM sẽ chứa toàn bộ chu kỳ của các sóng mang con, do đó một ký hiệu OFDM sẽ chứa toàn bộ dữ liệu truyền trên các sóng mang con. Trong trường hợp này mỗi ký hiệu OFDM sẽ chứa dữ liệu có trong 90 sóng mang con. Vì có điều này nên: Bảng 5.1 Tham số hệ thống dùng cho mô phỏng tín hiệu OFDM Tham số hệ thống Giá trị Tốc độ dữ liệu đầu vào: R b 12 Mbps Số lượng sóng mang: N sub 90 Kích thước FFT: N FFT 256 Mức điều chế sóng mang: M-QAM 16-QAM Thời gian mô phỏng: T sim 1 s Chu kỳ cơ bản: T 1/ R b = 0,083 µs Thời gian ký hiệu hữu ích: T FFT N sub ×log 2 (M) ×T = 30 µs Thời gian khoảng bảo vệ: T G 1/4 T FFT = 7,5 µs Thời gian ký hiệu OFDM: T sym T FFT + T G = 37,5 µs Chương 5: Chương trình mô phỏng - 59 - số lượng ký hiệu OFDM = 33334 90 103 ceil 6           , Trong đó:              0x,Zx,x 0x,Zx,1]x[ Zx,x xceil , với [x] là phần nguyên của x. Số lượng ký hiệu phải chèn thêm là: 90 - phần dư 60 90 103 6           . Hình 5.2 sẽ minh hoạ quá trình này: Sau khi thực hiện tương thích giữa tốc độ dữ liệu đầu vào và số sóng mang sử dụng truyền dữ liệu, cần tiến hành quá trình tương thích tiếp theo giữa kích thước FFT và số sóng mang. Hình 5. 2 Tương thích giữa tốc độ dữ liệu người dùng và số sóng mang Chương 5: Chương trình mô phỏng - 60 - Quá trình tương thích giữa kích thước FFT và số sóng mang con Một ký hiệu FFT được tạo nên từ biến đổi IFFT các mẫu tần số. Mẫu tần số là mẫu thu được do quá trình lấy mẫu các tần số sóng mang con. Do đó trong khoảng thời gian biến đổi IFFT sẽ chứa toàn bộ chu kỳ của các sóng mang con. Trong biến đổi Fourier do khoảng tần số lấy từ );(   , nhưng đối với phương pháp FFT thì khoảng tần số bị giới hạn do vậy, sau biến đổi FFT sẽ chịu hiệu ứng biên, hiệu ứng biên làm sai lệch các giá trị tín hiệu ứng với các tần số ngoài rìa. Vì thế để giảm hiệu ứng biên ta phải tăng kích thước FFT so với số sóng mang, muốn vậy: Kích thước FFT/2 > số sóng mang con Vì thế mà số lượng các mẫu tần số tại đầu vào FFT bị thiếu, lượng thiếu = Kích thước FFT/2 - số sóng mang con cho nên ta phải tiến hành chèn thêm các tần số ‘0’ trước khi biến đổi IFFT. Theo bảng tham số dùng mô phỏng ta có: Kích thước FFT/2 = 128, mà số sóng mang = 90. Do đó cần chèn thêm 128-90 = 38 sóng mang ‘0’. Cho nên số lượng sóng mang thực tế phải dùng cho mỗi ký hiệu OFDM sẽ là 90 + 38 = 128, tuy nhiên 38 sóng mang chèn thêm sẽ không mang dữ liệu người dùng và chúng được đặt là ‘0’. Hình 5.3 sẽ minh hoạ quá trình này: Chương 5: Chương trình mô phỏng - 61 - Hình 5.3 Tương thích giữa tốc độ dữ liệu người dùng và số sóng mang Do đó số lượng ký hiệu ‘0’ phải chèn thêm là: 1266752 3000000 - 4266752  ký hiệu. Ta thấy nếu chọn kích thước FFT quá lớn so với 2 lần số sóng mang thì sẽ phải chèn rất nhiều ký hiệu không mang thông tin. Điều này sẽ làm giảm hiệu quả truyền dẫn. Để tạo dạng phổ thực cho tín hiệu OFDM, thì phần còn lại của kích thước FFT (có chiều dài FFT/2 là phần có các mẫu tần số có giá trị cao hơn), sẽ được lấp đầy bằng cách lấy liên hợp phức phần đầu của kích thước FFT (có chiều dài FFT/2 gồm các mẫu tần số có giá trị thấp). Quá trình này được mô tả bằng hình 5.4 dưới đây: Chương 5: Chương trình mô phỏng - 62 - Hình 5.4 Sắp xếp các mẫu tần số trong kí hiệu OFDM trước khi biến đổi IFFT Sau khi sắp xếp các mẫu tần số trong ký hiệu OFDM, sẽ thực hiện biến đổi IFFT lên ký hiệu OFDM trong miền tần số. Quá trình này sẽ chuyển tín hiệu OFDM từ miền tần số sang miền thời gian. Bước tiếp theo trong công đoạn mô phỏng tín hiệu OFDM là chèn khoảng bảo vệ, quá trình này được thực hiện cho từng ký hiệu OFDM (xem lại phần 2.5). Cuối cùng ta sẽ được một tín hiệu OFDM có dạng:  Thiết lập các thông số khởi tạo cho hệ thống truyền dẫn OFDM thích nghi Trước tiên để hiểu nguyên lý hoạt động của chương trình mô phỏng ta hãy xét các tham số mô phỏng. Hình 5.5 Mô phỏng tín hiệu OFDM trong miền thời gian, [sim_ofdm_signal.m] Chương 5: Chương trình mô phỏng - 63 - Khoảng thời gian bảo vệ: UG T n 1 T  , n = 1/2, 1/4, 1/8, 1/64 , Tần số lấy mẫu: sym s T 1 3f  , trong đó T sym = T FFT + T G , M là số trạng thái điều chế QAM (M = 2 ứng với BPSK), vì các thông số có sự liên quan đến nhau do đó chỉ cần khai báo các thông số: R b , M, N subcarr , N FFT , T G . Từ kích thước file ảnh ta xác định thời gian mô phỏng: T sim = số lượng bit truyền/ R b . Trong chương trình mô phỏng, các tham số khởi tạo hệ thống được tập trung vào trong một bảng, giá trị của các tham số được thiết lập khi khởi tạo và có thể thay đổi trong quá trình thực hiện chương trình mô phỏng nếu chọn chức năng điều chế thích nghi. Tất nhiên các tham số sẽ giữ nguyên giá trị như khi khởi tạo nếu không chọn Bảng 5.2 Thông số mô phỏng hệ thống OFDM thích ứng Tham số Giá trị Tốc độ dữ liệu: R b 2 Mbps Mức điều chế sóng mang M-QAM M = 2, 4, 16, 64 Tần số lấy mẫu: f s f s Số lượng sóng mang: N sub 52 - 1024 Kích thước FFT: N FFT N FFT Chu kỳ cơ bản: T 1/ R b = 0,5 µs Thời gian ký hiệu hữu ích: T FFT T FFT = N sub ×log 2 (M) ×T Khoảng thời gian bảo vệ: T G T G Chiều dài ký hiệu OFDM : T sym = T FFT + T G Thời gian mô phỏng: T sim T sim = 0,064 s Cửa sổ Kaiser, β = 10 Mô hình kênh Pha đinh Rayleigh . xếp các mẫu tần số trong kí hiệu OFDM trước khi biến đổi IFFT Sau khi sắp xếp các mẫu tần số trong ký hiệu OFDM, sẽ thực hiện biến đổi IFFT lên ký hiệu OFDM trong miền tần số. Quá trình này. trình mô phỏng một tín hiệu OFDM là:  Tương thích giữa tốc độ dữ liệu người dùng và số lượng sóng mang con sử dụng để truyền dữ liệu.  Tương thích giữa số lượng sóng mang con sử dụng truyền. tần số sang miền thời gian, chèn khoảng bảo vệ. Để hiểu rõ quá trình mô phỏng tín hiệu OFDM, xét một ví dụ mô phỏng một tín hiệu OFDM cụ thể với thời gian mô phỏng 1 giây. Giả sử các tham số